DE2239549A1 - OVER-TEMPERATURE DISPLAY AND PROTECTION DEVICE, ESPECIALLY IN CATALYTIC EMISSION CONTROL SYSTEMS OF COMBUSTION MACHINERY - Google Patents

OVER-TEMPERATURE DISPLAY AND PROTECTION DEVICE, ESPECIALLY IN CATALYTIC EMISSION CONTROL SYSTEMS OF COMBUSTION MACHINERY

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Description

Patentanmeldung 4. August 1972Patent application August 4, 1972

Anmelderin: ADAM OPEL AKTIENGESELLSCHAFT, RÜSSELSHEIM/HESSENApplicant: ADAM OPEL AKTIENGESELLSCHAFT, RUSSELSHEIM / HESSEN

Vorrichtung zum Schutz vor Überhitzung bzw. zur Anzeige der Temperatur in Abgasentgiftungsanlagen von Brennkraftmaschinen, vornehmlich in KraftfahrzeugenDevice to protect against overheating or to display the temperature in exhaust gas decontamination systems of internal combustion engines, primarily in motor vehicles

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz vor Überhitzung bzw. zur Anzeige der Temperatur in Abgasentgiftungsanlagen, insbesondere katalytischen Konvertern oder Reaktoren, von Brennkraftmaschinen, vornehmlich in Kraftfahrzeugen.The invention relates to a device for protecting against overheating or for displaying the temperature in exhaust gas decontamination systems, in particular catalytic converters or reactors, of internal combustion engines, primarily in Motor vehicles.

Bei.katalytischen Konvertern zur Entgiftung von Autoabgasen ist es für die Funktionsfähigkeit des Konverters von größter Wichtigkeit, daß dieser nicht überhitzt wird, was beispielsweise durch den Ausfall einer Zündkerze geschehen kann. Dementsprechend benötigen derartige Anlagen eine zuverlässige Temperaturanzeige, um die Gefahr für eine unheilbare Schädigung des Konverters durch überhitzung rechtzeitig zu erkennen und abzuwenden.With catalytic converters for the detoxification of car exhaust fumes it is of the utmost importance for the functionality of the converter that it is not overheated, for example can happen due to the failure of a spark plug. Accordingly, such systems require a reliable one Temperature display to avoid the risk of incurable damage to the converter due to overheating in good time to recognize and avert.

_ 2 - . 409810/0538_ 2 -. 409810/0538

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Anzeige- und Schutzvorrichtung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau in ihrer Wirkungsweise genau und zuverlässig ist. Dieses Ziel wird nach dem Grundgedanken der Erfindung dadurch erreicht, daß in der Abgasentgiftungsanlage ein mit konstanter Stromstärke elektrisch beheizter Draht angeordnet ist, der bei Längung infolge Erwärmung durch Öffnen von Kontakten den Heizstromkreis selbsttätig unterbricht und ihn nach Abkühlung selbsttätig wieder schließt und daß die von der jeweiligen Temperatur in der Abgasentgiftungsanlage abhängigen Abkühlzeiten des Heizdrahtes als Ausgangsmaß für die Ermittlung und Anzeige der Temperatur in der Abgasentgiftungsanlage und / oder als Signal zum Einschalten einer Warnanzeige und / oder zum Abschalten der Abgasentgiftungsanlagen dienen.The object of the present invention is to provide such To create display and protection device that is simple and reliable in its mode of operation is. This goal is achieved according to the basic idea of the invention in that a with in the exhaust gas decontamination system constant current strength electrically heated wire is arranged, which when elongated as a result of heating by opening Contacts automatically interrupts the heating circuit and automatically closes it again after cooling and that the The cooling times of the heating wire depending on the respective temperature in the exhaust gas decontamination system as an initial measure for determining and displaying the temperature in the exhaust gas decontamination system and / or as a signal for switching on serve as a warning display and / or to switch off the exhaust gas decontamination systems.

Aufgrund des Stromes längt sich dieser Draht. Nach Erreichen einer bestimmten Temperatur und einer entsprechenden Längung wird die Stromzufuhr unterbrochen. Je nach der vorhandenen Temperaturdifferenz zwischen Schaltdraht und der ihn umgebenden Abgasentgiftungsanlage wird die Auskühlzeit des Drahtes, d. h. die Zeit bis er sich auf eine Länge zusammengezogen hat, bei der der Kontakt für die Stromzufuhr zu einer Beheizung sich wieder schließt, unterschiedlich lang sein. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß, wenn die Auskühlzeiten einen bestimmten Zeitwert überschreiten, alsoBecause of the current, this wire lengthens. After reaching a certain temperature and a corresponding one Elongation, the power supply is interrupted. Depending on the temperature difference between the jumper wire and the the exhaust gas decontamination system surrounding it, the cooling time of the wire, i. H. the time until it contracted to a length at which the contact for the power supply to a heater closes again, different To be long. It is obvious that when the cooling times exceed a certain time value, that is

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die Ausschaltdauer entsprechend groß wird, die Temperatur des Konverters angestiegen sein muß, da dann der Abkühlvorgang nicht mehr so intensiv ist wie vorher. Die sich aus dem Ein- und Ausschalten des Stromkreises ergebende Rechteckkurve des Heizstromes kann mittels eines Integrators in einen gleichmäßigen Strom umgewandelt werden. Die Höhe dieses den Integrator verlassenden konstanten Stromes kann zur Warnanzeige oder zur Betätigung eines Stellorganes zwecks Abwendung von Schaden durch überhitzung benutzt werden.the switch-off time is correspondingly long, the temperature of the converter must have increased, since then the cooling process is no longer as intense as before. Which is made up of The rectangular curve of the heating current resulting from switching the circuit on and off can be achieved by means of an integrator converted into a steady stream. The level of this constant current leaving the integrator can can be used to display a warning or to operate an actuator to prevent damage caused by overheating.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung, welches insbesondere für einen katalytischen Konverter als Abgasentgiftungsanlage geeignet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß der Heizdraht in einer Hülse gelagert und geführt ist, die allseitig von der Konvertermasse umschlossen ist. Dadurch ist einerseits ein optimaler Wärmeübergang vom Konvertermaterial auf den Heizdraht gewährleistet. Andererseits kann dieser ungehindert durch das ihn umgebende Konvertermaterial seine axialen Verschiebungen infolge Längenänderung ausführen.Another feature of the invention, which is particularly useful for a catalytic converter as an exhaust gas decontamination system is suitable, is characterized in that the heating wire is stored and guided in a sleeve that is on all sides is enclosed by the converter mass. On the one hand, this results in an optimal heat transfer from the converter material the heating wire guaranteed. On the other hand, this can be unhindered by the converter material surrounding it perform axial displacements due to changes in length.

Um die Anheizenergie für den Heizdraht gering zu halten (geringer Heizstromverbrauch), ist es zweckmäßig, den Heizdraht möglichst lang auszubilden. Optimale Ergebnisse lassen sich nach einem diesbezüglichen Vorschlag der Erfindung dadurch erzielen, daß die Hülsen- und Heiζdrahtlänge mindestens der gesamten Breite des katalytischen Konverters entsprechen.In order to keep the heating energy for the heating wire low (low heating current consumption), it is advisable to use the heating wire to train as long as possible. Optimal results can be achieved according to a related proposal of the invention achieve that the sleeve and hot wire length at least correspond to the entire width of the catalytic converter.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Heizdraht an einem Ende mit einem Ende der Hülse fest verbunden und das andere Heizdrahtende ragt aus dem zugeordneten offenen Hülsenende heraus und bildet den einen Kontakt zur Betätigung des Heizstromkreises.According to a further feature of the invention, the heating wire is firmly connected at one end to one end of the sleeve and the other end of the heating wire protrudes from the associated open sleeve end and forms one contact for actuation of the heating circuit.

Die den Heizdraht umschließende und führende Hülse besteht zweckmäßig aus einem Material mit gegenüber dem Heizdraht vergleichsweise geringen Wärmedehnungskoeffizienten. Als· Hülsenmaterial bietet sich daher beispielsweise - sofern diese Stoffe den Fahrzeugerschütterungen standhalten keramisches Material oder Glas an. Gute Versuchsergebnisse konnten ferner dadurch erzielt werden, daß man die Hülse aus einem Stahl mit etwa 36 % Nickel und den Heizdraht aus Stahl X 15Cr Ni Si 2520 fertigte. Das erstgenannte Material weist einen Wärmedehnungskoeffizienten von etwaThe sleeve surrounding and guiding the heating wire is expediently made of a material with a coefficient of thermal expansion that is comparatively low compared to the heating wire. As a sleeve material, for example, ceramic material or glass - provided these substances withstand vehicle vibrations. Good test results could also be achieved by making the sleeve from a steel with about 36 % nickel and the heating wire from steel X 15Cr Ni Si 2520. The first-mentioned material has a coefficient of thermal expansion of approximately

0,9 · 10 o auf» während sich der Wärmedehnungskoeffizient bei dem letzteren Werkstoff auf etwa 19 · 10 beläuft.0.9 · 10 o to »while the coefficient of thermal expansion for the latter material amounts to about 19 · 10.

Sofern eine Keramik- oder Glashülse verwendet wird, kann die Bohrung derselben wegen der geringen Wärmedehnung und -leitfähigkeit dieses Materials etwa dem Durchmesser des Heizdrahtes angepaßt werden, so daß eine optimale Führung desselben ohne weitere Hilfsmittel möglich ist. Bei Verwendung einer Stahlhülse dagegen empfiehlt es sich, den Durch-If a ceramic or glass sleeve is used, the hole can be due to the low thermal expansion and -Conductivity of this material can be adapted approximately to the diameter of the heating wire, so that optimal guidance the same is possible without further aids. When using a steel sleeve, on the other hand, it is advisable to

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messer der Bohrung wesentlich größer zu wählen als den des Heizdrahtes. Um auch hier eine einwandfreie Führung desselben zu gewährleisten, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß der Heizdraht innerhalb der Hülse mittels eingekitteter Keramikbüchsen an einzelnen Stellen geführt ist.The diameter of the bore should be chosen to be significantly larger than that of the heating wire. In order to ensure perfect management of the same here as well to ensure, it is proposed according to a further feature of the invention that the heating wire within the sleeve is guided at individual points by means of cemented ceramic sleeves.

Als Schaltergehäuse, d. h. zur Aufnahme des am freien Heizdrahtende befindlichen Kontaktes und des mit diesem kooperierenden Gegenkontaktes, schlägt die Erfindung vor, das Verschlußstück zu verwenden, mit dem zugleich die Einfüllöffnung des Konverters verschlossen und abgedichtet wird. Das Verschlußstück ist zu diesem Zweck hohl auszubilden und mit der Hülse zu verschweißen oder zu verkitten. Durch die beschriebene Ausbildung des Temperaturfühlers gleichzeitig als Konverterverschlußstopfen ist vorteilhaft ein einfaches Einbauen und Auswechseln des Fühlers möglich.As a switch housing, d. H. to accommodate the at the free end of the heating wire located contact and with this cooperating mating contact, the invention proposes that To use closure piece with which the filling opening of the converter is closed and sealed at the same time. For this purpose, the closure piece is to be designed to be hollow and to be welded or cemented to the sleeve. Through the The design of the temperature sensor described at the same time as a converter sealing plug is advantageously a simple one Installation and replacement of the sensor possible.

Da nicht nur der Heizdraht, sondern auch die Hülse gewissen Längenänderungen infolge Wärmedehnung unterworfen ist, wird weiterhin vorgeschlagen, daß das dem Verschlußstück abgewandte verschlossene Ende der Hülse in einem mit dem Konvertergehäuse verbundenen Lager axial beweglich gehalten bzw. geführt ist.Since not only the heating wire, but also the sleeve is subject to certain changes in length due to thermal expansion, is further proposed that the closed end of the sleeve facing away from the closure piece in one with the converter housing connected bearing is held or guided so that it can move axially.

Um ein Ausknicken bzw. seitliches Ausweichen des HeizdrahtesTo prevent the heating wire from kinking or sideways

/,09810/0533/, 09810/0533

während seiner Verlängerung infolge Wärmedehnung zu vermeiden und damit ein sicheres öffnen der Kontakte des Heizstromkreises zu gewährleisten, ist ein weiteres Merkmal der Erfindung darauf gerichtet, den Heizdraht an seinem den einen Kontakt bildenden Ende durch eine vorgespannte Feder auf Zug zu beanspruchen.Another feature of the is to avoid thermal expansion during its extension and thus to ensure that the contacts of the heating circuit are reliably opened Invention directed to the heating wire at its end forming a contact by a pretensioned spring to claim on train.

Ein weiteres Anliegen der Erfindung besteht darin, die Funkenbildung beim regelmäßigen Offnen und Schließen der Kontakte der nach Art eines Zwei-Punkt-Reglers arbeitenden erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verringern. Dieser Zweck kann nur erreicht werden, wenn sich die Kontakte nicht allmählich, d. h. proportional mit der Längenänderung des Drahtes, aufeinander zu bewegen, sondern vielmehr schlagartig bei Erreichen der Schalttemperatur miteinander in Berührung gebracht werden. Dieser Effekt läßt sich nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal dadurch erzielen, daß der durch das freie Kontaktende des Heizdrahteβ betätigte Gegenkontakt an einer federnden und bei bestimmter Belastung selbsttätig weiterschnappenden Membrane und am Kontaktende ein aus elektrisch nicht leitendem Material bestehendes, den Gegenkontakt unter axialem Spiel (X) umgreifendes Schaltstück befestigt ist. Durch das Schaltstück wird die Membrane beim Schrumpfen des Drahtes, d. h. bei einer bestimmten Abkühltemperatur wieder in ihre Schaltstellung zurückgezogen. Durch das axiale Spiel zwischenAnother concern of the invention is to reduce the spark formation during regular opening and closing of the contacts of the device according to the invention, which operates in the manner of a two-point regulator. This purpose can only be achieved if the contacts are not gradual, i. H. proportional to the change in length of the Wire to move towards each other, but rather suddenly when the switching temperature is reached with each other Be brought into contact. This effect diminishes Another feature of the invention to achieve that the actuated by the free contact end of the Heizdrahteβ mating contact on a resilient and with certain Load automatically snapping membrane and at the contact end a membrane made of electrically non-conductive material existing, the mating contact with axial play (X) encompassing contact piece is attached. When the wire shrinks, the membrane is opened by the contact piece. H. withdrawn into their switching position at a certain cooling temperature. Due to the axial play between

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Schaltstück und Gegenkontakt läßt sich in einfacher Weise einerseits der Abstand der Kontakte bei unterbrochenem Heizstromkreis, andererseits die Schalthysterese festlegen, d. h. daß die Schaltpunkte für das Ein- und Ausschalten des Stromes nicht bei der gleichen Temperatur liegen.Switching element and mating contact can be easily adjusted, on the one hand, to determine the distance between the contacts when the heating circuit is interrupted, on the other hand set the switching hysteresis, d. H. that the switching points for switching the current on and off are not at the same temperature.

Eine einfache Einstellbarkeit der Schnappstellung der Membrane und damit auch der Schaltpunkte der Kontakte kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch erreicht werden, daß der Gegenkontakt eine in einem Gewindering im Zentrum der Membrane verstellbar angeordnete Schraube ist und daß das Schaltstück hinter den die Kontaktpille bildenden Kopf der Schraube greift.A simple adjustability of the snap position of the membrane and thus also the switching points of the contacts can be achieved according to a further proposal of the invention in that the mating contact is one in a threaded ring in the The center of the membrane is adjustably arranged screw and that the contact piece is behind the contact pill forming The head of the screw engages.

Selbstverständlich muß die den Heizdraht auf Zug beanspruchende Feder stärker sein als die Federkraft der Membrane, um bei Längung des Heizdrahtes den Widerstand der Membrane überwinden zu können. Im einzelnen wird diesbezüglich vorgeschlagen, daß die den Heizdraht auf Zug beanspruchende Feder eine Druckfeder ist, die sich einerseits über einen Keramiksitz an dem Verschlußstück, andererseits an der einen Stirnseite des Schaltstückes abstützt.Of course, the spring stressing the heating wire in tension must be stronger than the spring force of the membrane, in order to be able to overcome the resistance of the membrane when the heating wire is elongated. In this regard, it is proposed in detail that that the spring stressing the heating wire on train is a compression spring which is on the one hand a Ceramic seat is supported on the closure piece, on the other hand on one end face of the contact piece.

Die Erfindung ist nun anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung veranschaulicht und in der nachstehenden Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is now illustrated by means of exemplary embodiments in the drawing and in the description below these embodiments explained in more detail.

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Es zeigt:It shows:

Fig. 1 in Form eines Schaltschemas Aufbau undFig. 1 in the form of a circuit diagram structure and

Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Mode of operation of the device according to the invention,

Fig. 2 jeweils in Diagrammerstellung die Abkühlkurve, die sich aus den Abkühlzeiten des Heizdrahtes, der von 96O0C auf 935,3°C abgekühlt wird, bei den verschiedenen Konvertertemperaturen ergibt,Fig. 2 each in charting the cooling curve, the results from the cooling of the cooled from 96O 0 C to 935.3 ° C of the heating wire, wherein the different converter temperatures,

Fig. 3 ebenfalls in Diagrammdarstellung das Auf- und Entladeverhalten des Integratorkondensators beim periodischen Ein- und Ausschalten des Heizstromes,3 also shows the charging and discharging behavior of the integrator capacitor in a diagram when switching the heating current on and off periodically,

Fig. 4 wiederum als Diagramm den Temperaturverlauf in einem katalytisehen Konverter, aufgetragen über der Zeit, bei Simulation eines Zündkerzendefekt s,4, in turn, as a diagram, the temperature profile in a catalytic converter, plotted over time, when simulating a spark plug defect,

Fig. 5 anhand eines Schnittes durch einen katalytischen Konverter eine Möglichkeit der konstruktiven Verwirklichung eines Temperaturfühlers nach der Erfindung,Fig. 5 using a section through a catalytic converter, a possibility of constructive Realization of a temperature sensor according to the invention,

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^09810/0538^ 09810/0538

Fig. 6 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie VI - VI in Fig. 5,6 shows, in an enlarged representation, a section along the line VI - VI in FIG. 5,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII - VII in Fig. 6,7 shows a section along the line VII - VII in FIG. 6,

Fig. 8 eine Darstellung der aus Fig. 6 im Schnitt ersichtlichen Membrane in Draufsicht und8 shows a representation of the diaphragm visible in section from FIG. 6 in plan view and FIG

Fig. 9 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers anhand eines Schnittes entsprechend Fig. 5.9 shows another embodiment of the invention Temperature sensor based on a section according to FIG. 5.

Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, besteht ein mit IO bezeichneter Temperaturfühler für einen katalytischen Konverter als Abgasentgiftungsanlage aus einem Heizdraht 11, der an einem Ende einen Kontakt 12 aufweist, welcher mit einem Gegenkontakt 13 kooperiert. Heizdraht 11 und Kontakte 12, 13 sind Bestandteile eines HeiζStromkreises, der von der Autobatterie 14 über einen Heizenergiegeber 15, beispielsweise ein einfacher Spannungsteiler oder ein Spannungswandler, gespeist wird. Ist die Temperatur im katalytischen Konverter hoch genug, so längt sich der Heizdraht 11 aufgrund seiner Wärmedehnung, und die Stromzufuhr wird unterbrochen. Der Heizdraht 11 kühlt sich entsprechend der Konvertertemperatur schnell ab. Er verkürzt sich dabei wiederAs indicated schematically in FIG. 1, there is a designated IO Temperature sensor for a catalytic converter as an exhaust gas decontamination system from a heating wire 11, the has a contact 12 at one end which cooperates with a mating contact 13. Heating wire 11 and contacts 12, 13 are components of a hot circuit that is operated by the Car battery 14 via a heating energy generator 15, for example a simple voltage divider or a voltage converter, is fed. If the temperature in the catalytic converter is high enough, the heating wire 11 elongates as a result its thermal expansion, and the power supply is interrupted. The heating wire 11 cools down according to the converter temperature quickly. It shortens itself again

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und schaltet die elektrische Energie bei einer bestimmten Temperatur wieder zu. Die Arbeitsweise verläuft also nach dem Prinzip des Zweipunktreglers. Durch das Schalten zwischen einer oberen Temperatur und einer unteren entsteht eine Taktfrequenz mit gleicher Einschaltdauer und veränderlicher Ausschaltdauer. Ein Integrator 16 formt diese Frequenz in eine veränderliche Gleichspannung um. An die Ausgangsspannung des Integrators 16 wird ein Meßinstrument 17 angeschlossen. Die Gleichspannung kann aber auch einem Meßtrigger 18 zugeführt werden, um ein Stellorgan 19 oder eine Warnlampe 20 bei einer bestimmten Temperatur einzuschalten. and switches on the electrical energy again at a certain temperature. So the way of working follows the principle of the two-position controller. Switching between an upper temperature and a lower temperature arises a clock frequency with the same switch-on duration and variable switch-off duration. An integrator 16 forms this Frequency into a variable DC voltage. A measuring instrument is connected to the output voltage of the integrator 16 17 connected. The DC voltage can, however, also be fed to a measuring trigger 18 in order to control an actuator 19 or turn on a warning lamp 20 at a certain temperature.

Aus der Abkühlkurve in Fig. 2 kann jeweils die Zeit abgelesen werden, die der Heizdraht 11 in Abhängigkeit von der jeweiligen Konvertertemperatur benötigt, um von 9600C (gewählte obere Temperatur, bei der der Heizstrom ausgeschaltet wird) auf 935,3°C (gewählte untere Temperatur, bei der der Heizstrom wieder eingeschaltet wird) abzukühlen. Die entsprechenden Zeiten können auch aus der oberen Kurve, die den idealisierten Temperaturverlauf im Heizdraht, aufgetragen über der Zeit, darstellt, abgelesen werden. Strichpunktiert sieht man die Aufheizung bei größerem Heizstrom und höherer oberer Schalttemperatur.The time can respectively be read from the cooling curve in Fig. 2 required for the heating wire 11 in dependence on the respective converter temperature of 960 0 C (the selected upper temperature at which the heating current is turned off) to 935.3 ° C ( selected lower temperature at which the heating current is switched on again). The corresponding times can also be read from the upper curve, which shows the idealized temperature profile in the heating wire, plotted against time. The dash-dotted line shows the heating with a higher heating current and a higher upper switching temperature.

Zur Einstellung der oberen Schalttemperatur (im vorliegendenTo set the upper switching temperature (in this

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Beispiel 96O0C) braucht man nur die erste Aufheizzeit bei kaltem Konverter bis zum ersten Abschalten bei eingestelltem Heizstrom zu messen. Die Länge der folgenden Aufheizzeiten gibt die Temperaturhysterese an. Die Lange der Aufheizzeit kann durch die Größe der Heizleistung eingestellt werden, während die Ausschaltzeit in geringem Maße durch Verschiebung der oberen Schalttemperatur eingestellt wird. Die untere Kondensatorspannungskurve (Fig. 3) zeigt, daß der Meßstrom nur von den Auf- und Entladezeiten abhängt.Example 96O 0 C) you only need to measure the first heating-up time with a cold converter until it is switched off for the first time with the heating current set. The length of the following heating times indicates the temperature hysteresis. The length of the heating-up time can be adjusted by the size of the heating power, while the switch-off time is adjusted to a lesser extent by shifting the upper switching temperature. The lower capacitor voltage curve (Fig. 3) shows that the measuring current depends only on the charging and discharging times.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß bei normaler Funktionsfähigkeit der Zündkerzen die Konvertertemperatur etwa bei 700°C liegt, daß sie aber bei Ausfall einer Zündkerze innerhalb von nur 40 Sekunden auf die bereits oben als obere Schalttemperatur genannten 960°C und im weiteren Verlauf auf über 1 0000C ansteigt. Bei längerem Anhalten derartig hoher Temperaturen würde die Konvertermasse zerstört werden. Die aus Fig. 4 entnehmbaren Meßdaten wurden bei einem Fahrzeug mit Vier-Zylinder-Mötor im zweiten Gang bei einer Geschwindigkeit von ca. 50 km/h ermittelt.From Fig. 4 it can be seen that with normal functionality of the spark plugs, the converter temperature is around 700 ° C, but that in the event of failure of a spark plug within only 40 seconds to the 960 ° C already mentioned above as the upper switching temperature and in the further course rises above 1000 ° C. If such high temperatures are kept for a longer period of time, the converter mass would be destroyed. The measurement data which can be taken from FIG. 4 were determined on a vehicle with a four-cylinder engine in second gear at a speed of approx. 50 km / h.

Fig. 5 zeigt nun eine Möglichkeit des konstruktiven Aufbaues des in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Temperaturfühlers 10. Dabei bezeichnet 21 das Gehäuse und 22 das Konverterbett eines katalytisehen Konverters. Der Konverter besitzt eine große mit einem Gewinde 23 versehene Öffnung 24. Durch diese öffnung 24 wird das Konverterbett 22 mit KatalysatormasseFIG. 5 now shows one possibility of the structural design of the temperature sensor shown only schematically in FIG. 1 10. Here, 21 designates the housing and 22 the converter bed of a catalytic converter. The converter has a large opening 24 provided with a thread 23. The converter bed 22 with catalyst mass is fed through this opening 24

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25 gefüllt. Als Verschluß dient ein mit Sechskant 26 versehenes Verschlußstück 27, das mit dem Temperaturfühler 10 - wie noch näher ausgeführt - eine Einheit bildet. Gegenüber der Öffnung 24 ist an die Konverterwand 21 ein Lager25 filled. A hexagon 26 is used as a closure Closure piece 27, which with the temperature sensor 10 - as will be explained in more detail - forms a unit. Opposite to the opening 24 is a bearing on the converter wall 21

28 geschweißt, mit dem das Bett 22 ebenfalls verschweißt wurde. Der Temperaturfühler 10 ist in einer Führungsbohrung28 welded to which the bed 22 was also welded. The temperature sensor 10 is in a guide bore

29 gelagert, so daß er sich längs verschieben kann.29 stored so that it can move lengthways.

Wie des weiteren aus Fig. 5 und teilweise auch aus Fig. 6 ersichtlich, besteht der Temperaturfühler 10 aus dem bereits erwähnten Heizdraht 11, welcher in einer Hülse 30 aus einem Metall mit vergleichsweise geringem Wärmedehnungskoeffizienten, z. B. 36 % Ni-Stahl, gelagert ist. Der Heizdraht 11 selbst soll demgegenüber einen hohen Wärmedehungskoeffizienten besitzen und kann demgemäß z. B. aus dem Werkstoff X 15Cr Ni Si 2520, einem Edelstahl, bestehen. In der HülseAs can also be seen from FIG. 5 and partially also from FIG. B. 36 % Ni steel is stored. The heating wire 11 itself should have a high coefficient of thermal expansion and can accordingly, for. B. made of the material X 15Cr Ni Si 2520, a stainless steel. In the sleeve

30 sind einzelne Keramikbüchsen 31 eingekittet, in deren zentralen Bohrungen 32 der Heizdraht 11 mit Spiel gelagert und geführt ist. Am Ende 33 der Hülse 30 ist der Heizdraht 11 befestigt.30 individual ceramic bushings 31 are cemented in, in the central bores 32 of which the heating wire 11 is supported with play and is led. The heating wire 11 is attached to the end 33 of the sleeve 30.

Wie insbesondere aus Fig. 6 hervorgeht, ist die Hülse 30 am anderen Ende in das Verschlußstück 27 gepreßt und mit diesem verschweißt oder verkittet. Der Heizdraht 11 ist in dem Verschlußstück 27 durch eine Bohrung 34 geführt. Ein Niet 35 verbindet den Heizdraht 11 mit einem SchaltstückAs can be seen in particular from Fig. 6, the sleeve 30 is pressed at the other end into the closure piece 27 and with welded or cemented to this. The heating wire 11 is guided through a bore 34 in the closure piece 27. A Rivet 35 connects heating wire 11 to a contact piece

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Eine Feder 37 spannt den Heizdraht 11 und drückt das Schaltstück 36 gegen eine Stellkontaktschraube 38, die von einer Schaltmembrane 39 gegen den an dieser Stelle einen Kontakt 40 bildenden Niet 35 im Schaltstück 36 gedrückt wird. Die federnde Schaltmembrane 39 ist so ausgebildet, daß sie sich beim Eindrücken zuerst spreizt und dann ab einer bestimmten Stellung weiterschnappt. Das Spreizen wird durch radial angebrachte Schlitze 46 ermöglicht (Fig. 8). Die Umschnappstelle kann verändert werden durch Drehen der Stellkontaktschraube 38 (Schlitz 41) in einem Schaltmembrangewindering 42. Die Einstellung wird mit einer Kontermutter 43 gesichert.A spring 37 tensions the heating wire 11 and presses the contact piece 36 against an adjusting contact screw 38, which is held by a switching membrane 39 against a contact at this point 40 forming rivet 35 is pressed in the contact piece 36. The resilient switching membrane 39 is designed so that they When pressed in, it first spreads and then snaps on from a certain position. The spreading is done by radial attached slots 46 allows (Fig. 8). The snap point can be changed by turning the adjusting contact screw 38 (slot 41) in a switching diaphragm threaded ring 42. The setting is secured with a lock nut 43.

Das Schaltstück 36 ist aus Keramik hergestellt und - wie Fig. 7 zeigt - so ausgebildet, daß der Kopf 44 der Stellschraube 38 in eine Längsnut 45 geschoben werden kann. The switching piece 36 is made of ceramic and - as FIG. 7 shows - is designed so that the head 44 of the adjusting screw 38 can be pushed into a longitudinal groove 45.

Wie weiterhin aus Fig. 6 ersichtlich, ist zwischen dem Gegenkontakt (Schraubenkopf 44) und dem Schaltstück 36 ein Spiel "X" vorgesehen. Dadurch wird der Abstand der Kontakte 40, voneinander in deren Öffnungszustand festgelegt. Andererseits wird durch das Maß "X" die Schalthysterese bestimmt, d. h. der Temperaturunterschied beim Ein- und Ausschalten des Heiζstromkreises (nach Fig. 2 935,30C bzw. 960°C).As can also be seen from FIG. 6, a play "X" is provided between the mating contact (screw head 44) and the contact piece 36. This defines the distance between the contacts 40 from one another in their open state. On the other hand, by the dimension "X" determines the hysteresis, the temperature difference that is, when turning on and off of the Heiζstromkreises (FIG. 2 935.3 0 C and 960 ° C).

Die Schaltmembrane 39 ist in einem Isolierring 47 und auf einem Kontaktring 48 (mit Steckkontakt 49) geführt. Die Burch-The switching membrane 39 is guided in an insulating ring 47 and on a contact ring 48 (with plug contact 49). The Burch

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messervergroßerung der Schaltmembrane 39 bei der Spreizung muß im Isolierring 47 berücksichtigt werden. Der Steckkontakt 49 ist durch einen Kunststoffdeckel 50 gesteckt. Dieser ist in das Verschlußstück 27 gedrückt und dichtet dieses gegen Schmutz ab.knife enlargement of the switching membrane 39 during the spreading must be taken into account in the insulating ring 47. The plug contact 49 is inserted through a plastic cover 50. This is pressed into the closure piece 27 and seals it against dirt.

Das Verschlußstück 27 besitzt - wie bereits erwähnt - einen Sechskant 26, um den Temperaturfühler 10 fest in den Konverter 21 zu schrauben. Zur besseren Abdichtung dient ein Asbestring 51.The closure piece 27 has - as already mentioned - one Hexagon 26 to screw the temperature sensor 10 tightly into the converter 21. A is used for better sealing Asbestos ring 51.

Die Ausführungsform nach Fig. 8 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 5 bis 7 lediglich dadurch, daß die den Heizdraht 11 umgebende hier mit 30a bezeichnete Hülse nicht aus Metall, sondern aus keramischem Werkstoff oder Glas besteht. Wegen der geringen Wärmedehnung und -leitfähigkeit ist dieses Material besonders vorteilhaft. Auch kann der Heizdraht 11 hier - abweichend von Fig. 5 und 6 - unmittelbar in der Bohrung der Hülse 30a gelagert werden und benötigt keine einzelnen eingekitteten Führungsbüchsen. Die Hülse 30a bildet bei der Ausführungsform nach Fig. 9 am einen Ende gleich den Sitz für die vorgespannte Feder 37, während bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 ein separater Federsitz 52 aus Keramikmaterial vorgesehen ist. Der Heizdraht 11 ist mit etwas Spiel durch die Hülse 30a geführt und am Ende mit einer metallischen Endkappe 33a verlötet. Die Endkappe 33a verbindet den Heizdraht 11 über dasThe embodiment of FIG. 8 differs from that of FIGS. 5 to 7 only in that the The sleeve surrounding the heating wire 11, denoted here by 30a, is not made of metal, but of ceramic material or glass. This material is particularly advantageous because of its low thermal expansion and conductivity. Also can Heating wire 11 here - in contrast to FIGS. 5 and 6 - are stored and required directly in the bore of the sleeve 30a no individual cemented guide bushes. In the embodiment according to FIG. 9, the sleeve 30a forms on the one end equal to the seat for the pretensioned spring 37, while in the embodiment of FIGS. 5 and 6 a separate one Spring seat 52 made of ceramic material is provided. Of the Heating wire 11 is passed through the sleeve 30a with some play and is soldered at the end to a metallic end cap 33a. The end cap 33a connects the heating wire 11 via the

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Führungslager 28 mit Masse (Minuspol der Batterie).Guide bearing 28 with ground (negative pole of the battery).

Die beschriebene Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Beim Einschalten der Zündung des Fahrzeuges liegt an dem Steckkontakt 49 Spannung an. Ein Strom fließt jetzt über den Kontaktring 48, die Schaltmembrane 39, die Stellschraube 38, den Niet 40, durch den Heizdraht 11 zum Ende 33 bzw. 33a der Hülse 30 bzw. 30a, das mit Masse verbunden ist.The device described now works as follows. When the vehicle ignition is switched on, there is a plug contact 49 Voltage on. A current now flows through the contact ring 48, the switching membrane 39, the adjusting screw 38, the rivet 40, through the heating wire 11 to the end 33 or 33a of the sleeve 30 or 30a, which is connected to ground.

Der Heizdraht 11 längt sich jetzt und die Feder 37 verschiebt das Schaltstück 36 entgegen der Membrankraft. Die Membrane 39 spreizt sich. Bei Erreichen der Schalttemperatur schnappt die Membrane 39 schnell weiter bis der Kopf 44 der Stellschraube 38 vom Schaltstück 36 festgehalten wird. Dadurch ist der Strom unterbrochen und der Heizdraht 11 kühlt ab. Dabei zieht er das Schaltstück 36 zurück. Bei Erreichen der Schnappstellung schlägt die Stellschraube 38 wieder auf den Kontakt 40 und der Heizstrom fließt wieder. Dieses Spiel wiederholt sich bis der Motor abgestellt wird. Die Schaltmembrane 39 ist gewählt worden, um die Funkenbildung zu verringern. Die Stelle, an der die Membrane 39 umschnappt, wird mittels der Stellschraube 38 eingestellt und legt die obere Temperatur fest. Da die Abkühlzeit bei kaltem Konverter extrem kurz ist, wird der Integrator 16 (Fig. l).eine hohe Ausgangsspannung geben und damit das Anzeigeinstrument im Gegensatz zur ausgeschalteten Anlage einen Vollausschlag machen. Hat der Konverter die untere Schalttemperatur er-The heating wire 11 now elongates and the spring 37 moves the contact piece 36 against the diaphragm force. The membrane 39 spreads. When the switching temperature is reached, the membrane 39 quickly snaps on until the head 44 of the adjusting screw 38 is held by the contact piece 36. As a result, the current is interrupted and the heating wire 11 cools down. He pulls the contact piece 36 back. When the snap position is reached, the adjusting screw 38 opens again the contact 40 and the heating current flows again. This game is repeated until the engine is switched off. The switching membrane 39 has been chosen to reduce sparking. The point at which the membrane 39 snaps over, is set by means of the adjusting screw 38 and determines the upper temperature. Since the cooling time when the converter is cold is extremely short, the integrator 16 (Fig. 1) will give a high output voltage and thus the display instrument in contrast to when the system is switched off, make a full scale. Has the converter reached the lower switching temperature

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reicht, dann zeigt das Instrument seinen kleinsten Ausschlag an. d. h. der untere Schaltpunkt muß oberhalb der höchstzulässigen Konvertertemperatur liegen.is enough, the instrument shows its smallest deflection. d. H. the lower switching point must be above the maximum permissible converter temperature.

Ei let also ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, daß sie ihre Funktionstüchtigkeit durch Vollauischlag beim Einschalten der Zündung zeigt. Fertigungstolerancen können durch einfaches Verstellen der Schaltmembrane 39 Und des Heizstromes ausgeglichen werden, indem die Aufheizzeiten gemessen werden.So let a major advantage of the display device according to the invention that it shows its functionality by full blow when the ignition is switched on. Manufacturing tolerances can be adjusted by simply adjusting the Switching membrane 39 and the heating current can be compensated by measuring the heating times.

PatentansprücheClaims

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Claims (1)

1. Vorrichtung zum Schutz vor Überhitzung bzw. zur Anzeige der Temperatur in Abgasentgiftungsanlagen, insbesondere katalytisehen Konvertern oder Reaktoren, von Brennkraftmaschinen, vornehmlich in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasentgiftungsanlage (21, 22, 25) ein mit konstanter Stromstärke elektrisch beheizter Draht (11) angeordnet ist, der bei Längung infolge Erwärmung durch Öffnen von Kontakten (12, 13 bzw. 40, 44) den Heizstromkreis selbsttätig unterbricht und ihn nach Abkühlung selbsttätig wieder schließt und daß die von der jeweiligen Temperatur in der Abgasentgiftungsanlage abhängigen Abkühlzeiten des Heizdrahtes als Ausgangsmaß für die Ermittlung und Anzeige (17) der Temperatur in der Abgasentgiftungsanlage und / oder als Signal zum Einschalten einer Warnanzeige (20) und / oder zum Abschalten (19) der Abgasentgiftungsanlage dienen.1. Device for protection against overheating or for displaying the temperature in exhaust gas decontamination systems, in particular catalytic converters or reactors, of Internal combustion engines, primarily in motor vehicles, characterized in that in the exhaust gas decontamination system (21, 22, 25) a constant current electrically heated wire (11) is arranged, the in the event of elongation as a result of heating by opening contacts (12, 13 or 40, 44), the heating circuit is automatically activated interrupts and closes it again automatically after cooling and that the temperature depends on the temperature in the exhaust gas decontamination system dependent cooling times of the heating wire as the starting point for the determination and display (17) of the temperature in the exhaust gas decontamination system and / or as a signal for switching on a warning display (20) and / or to switch off (19) the exhaust gas decontamination system. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,2. Device according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aus dem Ein- und Ausschalten des Stromkreises ergebende Rechteckkurve des Heiz-• stromes (Fig.3) zur Umwandlung einem Integrator (16) zugeführt wird und der den Integrator verlassende gleichmäßige Strom zur Betätigung einer Temperatur- und/oder Warnanzeige und/oder eines Stellorganes (17 bzw. 20 bzw. 19) zur Abschaltung der Abgasentgiftungsanlage vom heißen Abgasstrom dient.. A09810/0538characterized in that the square curve of the heating system resulting from switching the circuit on and off Stromes (Fig.3) is fed to an integrator (16) for conversion and the uniform leaving the integrator Power to operate a temperature and / or warning display and / or an actuator (17 or 20 or 19) serves to switch off the exhaust gas decontamination system from the hot exhaust gas flow .. A09810 / 0538 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 für einen katalytischen Konverter als Abgasentgiftungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht (11) in einer Hülse (30, 30a) gelagert und geführt ist, die allzeitig von der Konvertermasse (25) umschlossen ist (Fig. 5, 6 und 9).3. Device according to claim 1 or 2 for a catalytic converter as an exhaust gas decontamination system, characterized in that the heating wire (11) is mounted and guided in a sleeve (30, 30a) which is surrounded at all times by the converter mass (25) (Fig. 5, 6 and 9). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3,4. Apparatus according to claim 3, dadurch gekennzeichnet, daß Hülsen- und Heizdrahtlänge mindestens der gesamten Breite des katalytisehen Konverters (21, 22) entsprechen.characterized in that sleeve and heating wire length at least the entire width of the catalytic converter (21, 22). 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,5. Apparatus according to claim 3 or 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht (11) an einem Ende mit einem Ende (33, 33a) der Hülse (30, 30a) fest verbunden ist und das andere Heizdrahtende aus dem zugeordneten offenen Hülsenende herausragt und den einen Kontakt (35, 40) zur Betätigung des Heizstromkreises bildet.characterized in that the heating wire (11) is fixed at one end to one end (33, 33a) of the sleeve (30, 30a) is connected and the other end of the heating wire protrudes from the associated open sleeve end and the one Forms contact (35, 40) for actuating the heating circuit. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5,6. Device according to one or more of claims 3 to 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30, 30a) aus einem Material mit gegenüber dem Heizdraht (11) vergleichsweise geringen Wärmedehnungskoeffizienten besteht. characterized in that the sleeve (30, 30a) is made of a material compared to the heating wire (11) low coefficient of thermal expansion. Λ 0 9 8 1 0/0538Λ 0 9 8 1 0/0538 7. Vorrichtung nach Anspruch 6,7. Apparatus according to claim 6, dadurch gekennzeichnet« daß die Hülse (3Oa) aus einem keramischen Stoff oder Glas besteht (Fig. 9).characterized «that the sleeve (3Oa) consists of one ceramic material or glass (Fig. 9). 8» Vorrichtung nach Anspruch 6,8 »Device according to claim 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) aus einem Stahl mit etwa 36 tf Nickel und der Heiedrftht (Ii) aus Stahl X 15Cr Nl Sl 2530 besteht (Fig. 5 und 6).characterized in that the sleeve (30) consists of a Steel with about 36 tf nickel and the Heiedrftht (II) made of steel X 15Cr Nl Sl 2530 (Fig. 5 and 6). 9. Vorrichtung nach Anspruch 8,9. Apparatus according to claim 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht (11) innerhalb der Hülse (30) mittels eingekitteter Keramikbüchsen (31) an einzelnen Stellen geführt ist.characterized in that the heating wire (11) is guided at individual points within the sleeve (30) by means of cemented ceramic sleeves (31). 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 9,10. Device according to one or more of claims 3 to 9, dadurch gekennzeichnet, daß das den Konverter umschließende Gehäuse (21) eine mit Gewinde (23) versehene öffnung (24) aufweist, die durch ein entsprechendes Außengewinde aufweisendes Verschlußstück (27) verschließbar ist und daß das Verschlußstück innen hohl ist und dort den Gegenkontakt (38, 44) für den Heizdrahtkontakt (35, 40) trägt und daß das betreffende Ende der Hülse (30, 30a) fest mit dem Verschlußstück verbunden ist und das Kontaktende (35, 40) des Heizdrahtes (11) durch eine Bohrung (34) in das Innere des Verschlußstückes ragt (Fig. 6).characterized in that the housing (21) surrounding the converter has an opening (24) provided with a thread (23) which is closed by a closure piece (27) having a corresponding external thread. is lockable and that the closure piece inside is hollow and there the mating contact (38, 44) for the heating wire contact (35, 40) carries and that the end in question the sleeve (30, 30a) is firmly connected to the closure piece and the contact end (35, 40) of the heating wire (11) protrudes through a bore (34) into the interior of the closure piece (Fig. 6). 409810/0 5 38409810/0 5 38 11. Vorrichtung nach Anspruch 10,11. The device according to claim 10, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Verschlußstück (27) abgewandte verschlossene Ende (33, 33a) der Hülse (30, 30a) in einem mit dem Konvertergehäuse (21) verbundenen Lager (28) axial beweglich gehalten bzw. geführt ist.characterized in that the closure piece (27) remote closed end (33, 33a) of the sleeve (30, 30a) is held or guided in an axially movable manner in a bearing (28) connected to the converter housing (21) is. 12· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 11,12 · Device according to one or more of the claims 5 to 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht (11) an seinem den einen Kontakt (35, 40) bildenden Ende durch eine vorgespannte Feder (37) auf Zug beansprucht ist.characterized in that the heating wire (11) is on its end forming a contact (35, 40) is subjected to tension by a pretensioned spring (37). 13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 12,13. Device according to one or more of the claims 5 to 12, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das freie Kontaktende (35, 40) des Heizdrahtes (11) betätigte Gegenkontakt (38, 44) an einer federnden und bei bestimmter Belastung selbsttätig weiterschnappenden Membrane (39) und am Kontaktende (35, 40) ein aus elektrisch nicht leitendem Material bestehendes, den Gegenkontakt unter axialem Spiel (X) umgreifendes Schaltstück (36) befestigt ist.characterized in that the actuated by the free contact end (35, 40) of the heating wire (11) Mating contact (38, 44) on a resilient and automatically snapping on when a certain load occurs Membrane (39) and at the contact end (35, 40) made of electrically non-conductive material, the Mating contact under axial play (X) encompassing switching piece (36) is attached. 409810/0538409810/0538 14. Vorrichtung nach Anspruch .13,14. Apparatus according to claim 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkontakt (38, 44) eine in einem Gewindering (42) im Zentrum der Membrane (39) verstellbar angeordnete Schraube ist und daß das Schaltstück (36) hinter den die Kontaktpille bildenden Kopf (44) der Schraube (38) greift.characterized in that the mating contact (38, 44) is one in a threaded ring (42) in the center of the membrane (39) is adjustably arranged screw and that the contact piece (36) behind the contact pill forming head (44) of the screw (38) engages. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14,15. Apparatus according to claim 13 or 14, dadurch gekennzeichnet, daß die den Heizdraht (11) auf Zug beanspruchende Feder (37) eine Druckfeder ist, die sich einerseits über einen Keramiksitz (52) an dem Verschlußstück (27), andererseits an der einen Stirnseite des Schaltstückes (36) abstützt.characterized in that the spring (37) stressing the heating wire (11) in tension is a compression spring, on the one hand via a ceramic seat (52) on the closure piece (27), on the other hand on the one The face of the contact piece (36) is supported. 16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15,16. Device according to one or more of claims 13 to 15, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gegenkontakt (38, 44) tragende, federnde Membrane (39) mit ihrem Rand in dem Verschlußstück (27) befestigt ist.characterized in that the resilient membrane (39) carrying the mating contact (38, 44) with its edge is fixed in the closure piece (27). 409 8 10/0538409 8 10/0538
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